葛恒清 王欣

摘 要 針對傳統(tǒng)單片機(jī)原理及應(yīng)用課程教學(xué)中所存在的問題，提出運用Protues軟件進(jìn)行輔助教學(xué)改革研究，通過教學(xué)實例低頻信號發(fā)生器介紹了整個設(shè)計和仿真過程，這種教學(xué)模式可以豐富教學(xué)內(nèi)容，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生自主解決問題和自主創(chuàng)新能力，達(dá)到了較好的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞 單片機(jī) Protues 教學(xué)改革

中圖分類號：G642文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

0引言

單片機(jī)原理及應(yīng)用是高校電子電氣類等相關(guān)專業(yè)的一門專業(yè)必修課。該課程是以MCS-51單片機(jī)為范例學(xué)習(xí)單片機(jī)原理的課程，是一門面向應(yīng)用的、具有很強的實踐性與綜合性的課程。該課程的目的是培養(yǎng)學(xué)生的軟硬件設(shè)計能力，提升學(xué)生的動手實踐能力和創(chuàng)新能力。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，單片機(jī)技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于辦公自動化、智能家居、通信等各個領(lǐng)域。在全國電子設(shè)計大賽、全國物聯(lián)網(wǎng)大賽、中國工程機(jī)器人大賽等學(xué)科競賽中，單片機(jī)技術(shù)已經(jīng)稱為參賽選手必備的技術(shù)。能否熟練的應(yīng)用單片機(jī)進(jìn)行項目開發(fā)已成為用人單位篩選電子電氣專業(yè)人才的標(biāo)準(zhǔn)。

Protues軟件是一款功能強大的虛擬仿真軟件，不僅可以仿真?zhèn)鹘y(tǒng)的模擬電路和數(shù)字電路，而且可以提供嵌入式系統(tǒng)（單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)、ARM應(yīng)用系統(tǒng)）的仿真實驗。它支持單片機(jī)和周邊設(shè)備，可以仿真51系列、AVR、PIC等常用的MCU，并可以提供周邊設(shè)備的仿真，如LED、鍵盤、電機(jī)、示波器等。在編譯方面，它可以與Keil C51集成的開發(fā)環(huán)境相連接，進(jìn)行高級語言的源碼級仿真和調(diào)試。

1單片機(jī)原理及應(yīng)用教學(xué)中存在的問題

1.1學(xué)生動手實踐能力較差

在傳統(tǒng)的單片機(jī)課程教學(xué)中，除了理論課上的原理介紹之外，實驗箱是輔助教學(xué)的重要手段，而實驗箱所設(shè)計的實驗往往是驗證性的，內(nèi)容比較單一，學(xué)生只要按照步驟進(jìn)行接線、下載即可，學(xué)生不需要動手設(shè)計電路，這限制了學(xué)生的主觀能動性和創(chuàng)新意識，很難提升學(xué)生的動手實踐能力。

1.2軟硬件結(jié)合內(nèi)容缺失

該課程是一門實踐應(yīng)用范圍較為廣泛的應(yīng)用型課程，要求學(xué)生能夠搭建出解決實際問題的控制系統(tǒng)，這就要求學(xué)生能夠獨立設(shè)計硬件電路、調(diào)試軟件程序，并將這兩者合理進(jìn)行結(jié)合。而教師在傳統(tǒng)的教學(xué)過程中，往往按照教材編寫的順序進(jìn)行理論教學(xué)，學(xué)生很難將課堂上的理論知識與真實的硬件電路進(jìn)行結(jié)合，難以構(gòu)建系統(tǒng)的單片機(jī)知識。

2 Protues在單片機(jī)教學(xué)改革中的應(yīng)用

2.1提升學(xué)生的動手實踐能力

教師在講授單片機(jī)實例的時候，可以直接通過Protues進(jìn)行演示仿真，使理論知識與實踐教學(xué)相互滲透，這種將理論講解與仿真驗證相結(jié)合的教學(xué)手段可以將抽象的單片機(jī)理論生動的向?qū)W生進(jìn)行展示，使學(xué)生更好的進(jìn)行理解。同時，學(xué)生可以通過Protues軟件仿真自己所設(shè)計的系統(tǒng)，可以鍛煉學(xué)生解決實際問題的能力，提升學(xué)生的動手實踐能力。

2.2構(gòu)建軟硬結(jié)合教學(xué)載體

教師在上課的過程中，可以利用Protues軟件將教學(xué)內(nèi)容融入到具體項目的設(shè)計和開發(fā)中，更加生動的展示項目的設(shè)計和調(diào)試過程。利用Protues軟件搭建硬件仿真平臺，利用Keil C51對代碼進(jìn)行編寫和調(diào)試，極大的拓展了課堂教學(xué)的軟硬件環(huán)境條件，使學(xué)生能夠?qū)⒂布O(shè)計和軟件調(diào)試結(jié)合起來。

3教學(xué)實例

本文以設(shè)計低頻信號發(fā)生器為例，首先根據(jù)需求分析，給出系統(tǒng)的設(shè)計方案，然后通過Protues軟件搭建仿真電路，通過Keil進(jìn)行程序編寫和調(diào)試，最后將調(diào)試后的可執(zhí)行文件下載到Protues軟件的單片機(jī)中，實現(xiàn)低頻信號發(fā)生器的仿真。

3.1設(shè)計方案

本系統(tǒng)利用單片機(jī)作為信號數(shù)據(jù)產(chǎn)生源，用中斷查表法完成波形數(shù)據(jù)的輸出，再用DA轉(zhuǎn)換模塊輸出所需的波形信號。操作人員可以通過按鍵模塊切換波形的類別，改變其頻率大小。

3.2系統(tǒng)硬件設(shè)計

本系統(tǒng)主要由單片機(jī)模塊、DA轉(zhuǎn)換模塊、運放模塊、DA轉(zhuǎn)換模塊、按鍵控制模塊、電源模塊、液晶顯示模塊等構(gòu)成。電源模塊為各個模塊提供穩(wěn)定電源，單片機(jī)通過程序編程的方法產(chǎn)生數(shù)字信號，D/A轉(zhuǎn)換模塊將其轉(zhuǎn)換為模擬電流信號，而運放模塊將其轉(zhuǎn)換為電壓信號，通過示波器可以監(jiān)測到對應(yīng)的波形信號波形類型及頻率大小。通過Protues所設(shè)計的硬件仿真電路。

3.3系統(tǒng)軟件設(shè)計

3.3.1波形數(shù)據(jù)產(chǎn)生程序

波形數(shù)據(jù)是通過定時器T0的中斷程序產(chǎn)生的，當(dāng)定時器計數(shù)溢出時發(fā)生一次中斷，當(dāng)發(fā)生中斷時，單片機(jī)將按順序?qū)⒉ㄐ螖?shù)據(jù)表中的波形數(shù)據(jù)一一送入DAC0832，DAC832根據(jù)輸入的數(shù)據(jù)大小輸出相應(yīng)的電壓，波形數(shù)據(jù)產(chǎn)生程序流程圖。

3.3.2按鍵掃描程序

按鍵掃描程序的功能為不斷檢測4個按鍵是否被按下，如有按下則執(zhí)行相應(yīng)的功能，4個按鍵的作用分別為：頻率加、頻率減、波形選擇和步進(jìn)值設(shè)置，按鍵掃描程序流程。

3.4仿真驗證

通過以上分析后，在Keil軟件進(jìn)行程序編寫、調(diào)試，調(diào)試成功后，將編譯生成的HEX文件下載到硬件仿真電路的51單片機(jī)中，運行后觀察仿真效果。可以通過按鈕改變波形頻率和類型。為仿真所得的正弦波、方波和三角波。

4教學(xué)改革的成效

和傳統(tǒng)的教學(xué)模式相比，在單片機(jī)原理及應(yīng)用課程中引入Protues軟件，使軟件仿真和硬件電路調(diào)試緊密的融合在一起，突破了理論和實驗相互分離的局面。通過近幾年在學(xué)院的教學(xué)實踐，使用這種教學(xué)模式，其所取得的成效如下：

4.1激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，由被動學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)為主動學(xué)習(xí)

教師在講課的過程中，可通過Protues軟件實時設(shè)計電路并進(jìn)行驗證，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，更好的引導(dǎo)學(xué)生如何自主學(xué)習(xí)，將學(xué)習(xí)中的被動性轉(zhuǎn)化為主動性，學(xué)生更好的對理論課程知識進(jìn)行理解。

4.2培養(yǎng)了學(xué)生分析問題和解決問題的能力

教師將Protues軟件引入理論教學(xué)，轉(zhuǎn)變了傳統(tǒng)的教師講解，學(xué)生被動接受的模式，針對教師布置的項目任務(wù)，每位學(xué)生都要承擔(dān)相應(yīng)的項目工作，在教師的引導(dǎo)和團(tuán)隊討論中，學(xué)生通過獨立思考和實際動手操作，學(xué)生分析問題和解決問題的能力得以提升。

參考文獻(xiàn)

[1] 周正貴.Proteus仿真技術(shù)在單片機(jī)教學(xué)中的應(yīng)用研究[J].電子世界，2018（13）：81+83.

[2] 黃麗軍.Proteus仿真軟件在單片機(jī)實踐教學(xué)中的應(yīng)用研究[J].無線互聯(lián)科技，2017（18）：100-101.

[3] 朱品偉，趙俊杰.Proteus仿真軟件在單片機(jī)教學(xué)改革中的應(yīng)用[J].江蘇理工學(xué)院學(xué)報，2017，23（04）：119-123.

[4] 高香梅，劉春梅.基于Proteus和Keil的仿真技術(shù)在單片機(jī)教學(xué)中的應(yīng)用[J].電子世界，2017（07）：88+90.

[5] 佘艷.Proteus仿真技術(shù)在單片機(jī)中的應(yīng)用[J].數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用，2016（12）：101.

[6] 劉青，任曉芳.Proteus仿真軟件在單片機(jī)原理及應(yīng)用課程教學(xué)中的應(yīng)用[J].中國教育技術(shù)裝備，2016（20）：52-54.

[7] 賈興建.基于Proteus仿真軟件的項目式教學(xué)法在單片機(jī)教學(xué)中的應(yīng)用研究[J].考試周刊，2016（54）：127.